CN109477918A - 颜色转换元件 - Google Patents

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明田孝典
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Abstract

一种颜色转换元件(1)包括：基板(2)；配置在基板(2)的一个主面(22)侧的荧光体层(3)；和介于基板(2)与荧光体层(3)之间且用于将基板(2)与荧光体层(3)进行金属接合的接合部(4)。荧光体层(3)通过包含至少一种荧光体的片状的多个单片(31)以面状排列而形成。

Description

颜色转换元件
技术领域
本发明涉及荧光体层层叠在基板上得到的颜色转换元件。
背景技术
例如，在投影仪等投影装置中所使用的荧光体轮(颜色转换元件)中，为了提高散热性，公开了将荧光体层与基板进行金属接合的技术(例如参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015-230760号公报
发明内容
发明所要解决的课题
然而，在制造颜色转换元件时，有时将板状的荧光体层在基板上进行金属接合。此时，金属接合时的热会传导至荧光体层和基板，但如果因两者的热膨胀系数之差而导致颜色转换元件产生翘曲或者在金属接合部产生开裂或剥离，则有可能发生不良情况。
因此，本发明的目的在于抑制因金属接合而引起的不良情况的发生。
用于解决课题的手段
本发明的一个方案的颜色转换元件具备：基板；配置在基板的一个主面侧的荧光体层；和介于基板与荧光体层之间且用于将基板与荧光体层进行金属接合的接合部，其中，荧光体层通过包含至少一种荧光体的片状的多个单片以面状排列而形成。
发明效果
利用本发明，能够抑制因金属接合引起的不良情况的发生。
附图说明
图1是表示实施方式的颜色转换元件的概略构成的示意图。
图2是观察包含图1中的II-II线的剖面的剖视图。
图3是表示实施方式的颜色转换元件的制造时的状态的正视图。
图4是观察包含图3中的IV-IV线的剖面的剖视图。
图5是表示实施方式的颜色转换元件的制造时的状态的正视图。
图6是表示变形例1的颜色转换元件的概略构成的剖视图。
图7是表示变形例2的颜色转换元件的概略构成的剖视图。
图8是表示变形例4的颜色转换元件的概略构成的示意图。
具体实施方式
以下，使用附图对本发明的实施方式的颜色转换元件进行说明。需要说明的是，以下说明的实施方式都是表示本发明的优选的一个具体例子。因此，以下的实施方式所示的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置和连接方式等为一个例子，并不是要限定本发明。因此，以下的实施方式中的构成要素中，对于没有在表示本发明的最上位概念的独立权利要求中记载的构成要素，作为任意的构成要素来说明。
另外，各图为示意图，并不一定是严格图示的图。另外，各图中，对相同构成部件标注了相同符号。
以下，对实施方式进行说明。
图1是表示实施方式的颜色转换元件的概略构成的示意图。图2是观察包含图1中的II-II线的剖面的剖视图。
颜色转换元件1是在投影仪等投影装置中所使用的荧光体轮。投影装置中，作为光源部设置有对颜色转换元件1辐射蓝紫～蓝色(430～490nm)的波长的激光的半导体激光元件。颜色转换元件1以从光源部照射的激光作为激发光，辐射白色光。以下，对颜色转换元件1具体说明。
如图1和图2所示，颜色转换元件1具备基板2、荧光体层3和接合部4。
基板2是俯视形状为例如圆形状的基板，在其中央部形成有贯通孔21。通过对贯通孔21安装处于投影装置内的旋转轴，使基板2旋转驱动。
基板2是热传导率比荧光体层3高的基板。由此，能够将从荧光体层3传导出的热从基板2有效地散热出去。具体而言，基板2由Al、Al2O3、AlN、Fe、Ti等金属材料形成。此外，基板2只要热传导率高于荧光体层3，则可以由金属材料以外的材料形成。作为金属材料以外的材料，可以列举出Si、陶瓷、蓝宝石、石墨等。就由各材料制成的基板2的热膨胀系数而言，如果形成基板2的材料为Al，则热膨胀系数为12ppm/K，如果为Al2O3，则热膨胀系数为7ppm/K，如果为AlN，则热膨胀系数为4.6ppm/K，如果为Fe，则热膨胀系数为12ppm/K，如果为Ti，则热膨胀系数为8.4ppm/K，如果为Si，则热膨胀系数为3ppm/K，如果为石墨，则热膨胀系数为2.3ppm/K。
荧光体层3经由接合部4而配置在基板2的1个主面22侧。荧光体层3例如以分散状态具备被激光激发而发出荧光的荧光体的颗粒(荧光体颗粒32)，荧光体颗粒32通过激光的照射而发出荧光。因此，荧光体层3的外侧的主面成为发光面。另外，荧光体层3的热膨胀系数为7ppm/K～10ppm/K。
荧光体层3从整体上来看俯视形状被形成为环状。该荧光体层3通过多个片状的单片31以环状排列而形成。多个单片31为相同形状，且为相同种类。具体而言，单片31俯视时形成为梯形。相邻的单片31彼此被无间隙地配置。单片31中包含至少一种荧光体颗粒32。
本实施方式的情况下，单片31辐射白色光，且以适当比例包含下述3种荧光体颗粒：通过照射激光而发出红色光的红色荧光体、发黄色光的黄色荧光体、发绿色光的绿色荧光体。
荧光体颗粒32的种类和特性没有特别限定，但由于输出功率比较高的激光成为激发光，所以优选热耐性高。另外，以分散状态保持荧光体颗粒32的基材的种类没有特别限定，但优选对于激发光的波长和从荧光体颗粒32发出的光的波长的透明性高的基材。具体而言，可以列举出由玻璃或陶瓷等制成的基材。此外，荧光体层3可以是由1种荧光体产生的多晶体或单晶体。
另外，在各单片31的背面(与接合部4相对向的主面)层叠有反射激光和从荧光体颗粒32辐射的光的反射层(省略图示)。反射层由对激光和从荧光体颗粒32辐射的光的反射率高的材料形成。具体而言，作为反射率高的材料，为Ag、Al等金属材料。反射层例如通过溅射、镀覆等公知的成膜方法在各单片31的背面将金属材料成膜而形成。
接合部4是介于荧光体层3与基板2之间且用于将荧光体层3与基板2进行金属接合的接合层。接合部4由能够进行金属接合的金属材料形成。作为能够进行金属接合的金属材料可以列举出例如AuSn系、AuGe系、SnAgCu系的焊接材料、Ag纳米颗粒等。
这里，对颜色转换元件1的组装前的状态进行说明。
图3是表示实施方式的颜色转换元件的制造时的状态的正视图。图4是观察包含图3中的IV-IV线的剖面的剖视图。
如图3和图4所示，在制造颜色转换元件1时，成为接合部4的焊接材料4a预先与基板2一体化。焊接材料4a按照与设置多个单片31的区域对应的方式而形成为连续的环状。
图5是表示实施方式的颜色转换元件的制造时的状态的正视图。具体而言，图5表示多个单片31设置时的状态。此外，在图5中，以辐射状图示了设置前的多个单片31，但实际上多个单片31集中储存在规定的部位，从那里一个一个被搬运到基板2上的规定位置。然后，如果全部单片31配置在规定位置，则如图1所示那样成为环状的荧光体层3。
然后，通过加热将焊接材料4a熔化，使得荧光体层3与基板2得以金属接合。在金属接合时，热也会传导至荧光体层3和基板2，从而两者发生热变形。热变形量依赖于荧光体层3和基板2的热膨胀系数，因此两者的热变形量会产生差异，由此造成的应力作用于荧光体层3。然而，由于荧光体层3是多个单片31的集合体，所以能够对多个单片31分别使应力分散。由此，能够减小颜色转换元件1的翘曲量。另外，如果存在残留应力，则也会导致在接合部4产生开裂或剥离，但由于应力得到了分散而使残留应力也变小，因此还能够抑制接合部4的开裂或剥离。
[投影装置的动作]
接下来，对投影装置的动作进行说明。
从投影装置的光源照射激光时，颜色转换元件1一边旋转驱动，一边在荧光体层3接受激光。在荧光体层3，一部分激光直接照射到荧光体颗粒32。另外，没有直接照射到荧光体颗粒32的一部分激光被反射层反射，从而照射到荧光体颗粒32。到达荧光体颗粒32的激光被荧光体颗粒32转换成白色光而被辐射。从荧光体颗粒32辐射的白色光的一部分从荧光体层3被直接放出到外部。另外，从荧光体颗粒32辐射的光的其他一部分通过被反射层反射，从而从荧光体层3被放出到外部。
这里，在接受激光时，由于荧光体层3和基板2会被加热，因此两者发生热变形，但此时产生的应力也被多个单片31分散。因此，即使在接受激光时，也能够抑制颜色转换元件1的翘曲量和接合部4的开裂或剥离。
[效果等]
如上所述，根据本实施方式，颜色转换元件1具备：基板2；配置在基板2的一个主面22侧的荧光体层3；和介于基板2与荧光体层3之间且用于将基板2与荧光体层3进行金属接合的接合部4。荧光体层3通过多个包含至少一种荧光体(荧光体颗粒32)的片状的单片31以面状排列而形成。
根据该构成，荧光体层3通过以面状排列的多个单片31而形成，因此能够使在加热时发生作用的应力分散。由此，能够抑制金属接合时或接受激光时的颜色转换元件1的翘曲量和接合部4的开裂或剥离。因此，能够抑制因金属接合所引起的不良情况的发生。
另外，多个单片31为相同形状。
根据该构成，由于多个单片31为相同形状，所以能够将各个单片的制造通用化。因此，能够提高制造效率。
此外，在上述实施方式中，例示了单片31俯视时为梯形状的情况，但只要单片31为片状，则其形状可以是任何方式。作为单片31的其他的俯视形状，可以列举出矩形、三角形、其他的多边形状等。
另外，在上述实施方式中，例示了荧光体层3由作为整体而辐射白色光的单片31形成的情况。然而，在荧光体层发出多种颜色的光的情况下，荧光体层3中的辐射各种颜色的部位由相同种类的单片形成即可。例如，设想下述情况：红色荧光体层、绿色荧光体层和蓝色荧光体层这3层以面状排列的荧光体层。红色荧光体层由包含红色荧光体的相同种类的多个单片形成。蓝色荧光体层由包含蓝色荧光体的相同种类的多个单片形成。绿色荧光体层由包含绿色荧光体的相同种类的多个单片形成。
另外，多个单片31以环状配置。
这里，在作为整体而被一体形成的荧光体层的情况下，如果其俯视形状为环状，则对应力集中不耐受，容易产生上述不良情况。然而，如果是如本实施方式那样通过多个单片31以环状配置而形成的荧光体层3，则能够使应力分散，因此能够得到高应力缓和效果。
[变形例1]
接下来，对变形例1进行说明。
图6是表示变形例1的颜色转换元件的概略构成的剖视图，具体而言是与图2对应的图。需要说明的是，在以后的说明中，对与实施方式的颜色转换元件1等同的部分会标注相同的符号并省略其说明，仅对不同的部分进行说明。
在上述实施方式中，例示了接合部4是由焊接材料4a形成的金属接合部的情况进行了说明。但是，在该变形例1中，对由固相的金属接合部形成的接合部4b进行说明。
具体而言，变形例1的颜色转换元件1B的接合部4b通过烧结金属纳米颗粒来形成。作为金属纳米颗粒，可以列举出例如银纳米颗粒等。在使用银纳米颗粒的情况下，获取也容易，散热性也优异。此外，铜纳米颗粒也能够期待同样的效果。然后，通过在接合部4b中使用金属纳米颗粒，在接合部4b内会形成气泡B。通过像这样使用金属纳米颗粒，能够将接合部4b制成多孔结构。多孔结构的形成能够通过调整金属纳米颗粒固化时的温度曲线条件、浆料构成材料等来实现。于是，由于接合部4b为多孔结构，所以能够进一步缓和加热时产生的应力。另外，由于能够使接合部4b的厚度大于由焊接材料42a形成的接合部42，所以能够进一步提高应力缓和效果。
另外，金属纳米颗粒通过烧结而使反射率提高，因此也能够作为反射层发挥作用。即，能够省略实施方式的颜色转换元件1的各单片31所具有的反射层，因此能够提高制造效率。
[变形例2]
接下来，对变形例2进行说明。
图7是表示变形例2的颜色转换元件1C的概略构成的剖视图，具体而言是与图2对应的图。
在上述实施方式中，例示了基板2的与主面22相反侧的面露出的情况。但是，在该变形例2中，例示基板2的与主面22相反侧的面(另一个主面23)被覆有膜的情况。
具体而言，在基板2的另一个主面23上整体地被覆有硬质膜5。硬质膜5是比基板2硬度高的膜。例如，在基板2为Al制的情况下，硬质膜5由耐酸铝、DLC(Diamond-likeCarbon，类金刚石碳)、陶瓷等形成。这样由于对于基板2的另一个主面23层叠有硬质膜5，所以通过硬质膜5抑制了基板2的变形。因此，能够抑制颜色转换元件1的翘曲量。
另外，如果对基板2的另一个主面23形成硬质膜5，则成膜后在硬质膜5的表面会形成凹凸。由此，能够增大表面积，能够提高基板2的散热性。
[变形例3]
在上述实施方式中，对于基板2和荧光体层3的热膨胀系数的关系没有特别提及。在该变形例3中，对基板2和荧光体层3的热膨胀系数的优选关系进行说明。优选关系是指基板2的热膨胀系数成为荧光体层3的热膨胀系数同等或以下的关系。例如，在荧光体层3的热膨胀系数为8ppm/K的情况下，只要基板2的热膨胀系数为8ppm/K以下即可。具体而言，使用由热膨胀系数为8ppm/K以下的材料(Al2O3：7ppm/K、AlN：4.6ppm/K、Si：3ppm/K、石墨：2.3ppm/K)形成的基板2。
由于使用满足这样的关系的基板2，所以基板2成为荧光体层3的同等或以下的热变形量。由此，能够抑制基板2的热变形量，还能够抑制颜色转换元件1本身的翘曲量。
[变形例4]
在上述实施方式中，例示了颜色转换元件1被应用于投影装置的情况进行了说明，但颜色转换元件也能够在照明装置中使用。该情况下，颜色转换元件由于不旋转，因此也可以不为轮状。以下，对照明装置中使用的颜色转换元件的一个例子进行说明。
图8是表示变形例4的照明装置100的概略构成的示意图。
如图8所示，照明装置100具备光源部101、导光部件102和颜色转换元件1D。
光源部101是产生激光并经由导光部件102对颜色转换元件1D供给激光的装置。例如，光源部101是辐射蓝紫～蓝色(430～490nm)的波长的激光的半导体激光元件。导光部件102是将光源部101辐射的激光传导至颜色转换元件1D的导光部件，例如为光纤等。
颜色转换元件1D的基板2d俯视时为矩形，在其一个主面上，荧光体层3d经由接合部4d以覆盖整个面的方式层叠。荧光体层3d通过多个单片31d以与基板2的俯视形状相同的方式以面状排列而形成。多个单片31d为相同形状。具体而言，单片31d俯视时形成为矩形。
这样一来，也是在变形例3的照明装置100中荧光体层3d由以面状排列的多个单片31d形成，因此能够使加热时发生作用的应力分散。由此，能够抑制金属接合时或接受激光时的颜色转换元件1D的翘曲量和接合部4d的开裂或剥离。因此，能够抑制因金属接合引起的不良情况的发生。
[其他实施方式]
以上，对于本发明的照明装置，基于上述实施方式和变形例1～3进行了说明，但本发明并不限于上述的实施方式和变形例1～3。
例如，也可以对荧光体层3的光出射侧的面层叠例如AR涂层等的反射抑制层。由此，能够提高光提取效率。
此外，下述方式也包括在本发明中：将本领域技术人员对于实施方式所想到的各种变形进行实施所得到的方式；在不脱离本发明的主旨的范围内对实施方式和变形例1～3中的构成要素和功能进行任意组合而实现的方式。
符号说明
1、1B、1C、1D 颜色转换元件
2、2d 基板
3、3d 荧光体层
4、4b、4d 接合部
5 硬质膜
22 主面(一个主面)
23 主面(另一个主面)
31、31d 单片
32 荧光体颗粒(荧光体)
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.(补正后)一种颜色转换元件，其具备：
基板；
荧光体层，其配置在所述基板的一个主面侧；和
接合部，其介于所述基板与所述荧光体层之间且用于将所述基板与所述荧光体层进行金属接合，
其中，所述荧光体层通过包含至少一种荧光体的片状的多个单片以面状排列而形成，
所述接合部通过烧结了的金属纳米颗粒而形成为多孔结构。
2.根据权利要求1所述的颜色转换元件，其中，所述多个单片为相同形状。
3.根据权利要求1或2所述的颜色转换元件，其中，所述多个单片以环状配置。
4.(删除)
5.(补正后)根据权利要求1～3中任一项所述的颜色转换元件，其中，在所述基板的另一个主面层叠有硬质膜。
6.(补正后)根据权利要求1～3、5中任一项所述的颜色转换元件，其中，所述基板的热膨胀系数为所述荧光体层的热膨胀系数的同等或以下。

Claims (6)

1.一种颜色转换元件，其具备：
基板；
荧光体层，其配置在所述基板的一个主面侧；和
接合部，其介于所述基板与所述荧光体层之间且用于将所述基板与所述荧光体层进行金属接合，
其中，所述荧光体层通过包含至少一种荧光体的片状的多个单片以面状排列而形成。
2.根据权利要求1所述的颜色转换元件，其中，所述多个单片为相同形状。
3.根据权利要求1或2所述的颜色转换元件，其中，所述多个单片以环状配置。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的颜色转换元件，其中，所述接合部通过烧结了的金属纳米颗粒而形成为多孔结构。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的颜色转换元件，其中，在所述基板的另一个主面层叠有硬质膜。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的颜色转换元件，其中，所述基板的热膨胀系数为所述荧光体层的热膨胀系数的同等或以下。
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